Säurekatalyse

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Es werden zwei Arten der Säurekatalyse erkannt, die spezifische Säurekatalyse und die allgemeine Säurekatalyse.

Spezifische Katalyse

Bei der spezifischen Säurekatalyse ist protoniertes Lösungsmittel der Katalysator. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist proportional zur Konzentration der protonierten Lösungsmittelmoleküle SH+. Der saure Katalysator selbst (AH) trägt nur zur Geschwindigkeitsbeschleunigung bei, indem er das chemische Gleichgewicht zwischen Lösungsmittel S und AH zugunsten der SH + -Spezies verschiebt. Diese Art der Katalyse ist für starke Säuren in polaren Lösungsmitteln wie Wasser üblich.

S + AH ⟶ SH + + EIN – {\displaystyle {\ce {S + AH -> SH+ + EIN-}}}

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Beispielsweise hängt in einer wässrigen Pufferlösung die Reaktionsgeschwindigkeit für Reaktanten R vom pH-Wert des Systems ab, nicht jedoch von den Konzentrationen verschiedener Säuren.

rate = − d d t = k {\displaystyle {\text{rate}}=-{\frac {{\text{d}}}{{\text{d}}t}}=k{\ce { }}}

{\displaystyle {\text{rate}}=-{\frac {{\text{d}}}{{\text{d}}t}}=k{\ce { }}}

Diese Art der chemischen Kinetik wird beobachtet, wenn der reaktant R1 in einem schnellen Gleichgewicht mit seiner konjugierten Säure R1H+ die Erlöse zu reagieren langsam mit R2 zu den Reaktionsprodukt; für Beispiel, in die Säure-katalysierte aldol-Reaktion.

Allgemeine Katalyse

In der allgemeinen Säurekatalyse tragen alle Spezies, die Protonen abgeben können, zur Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit bei. Die stärksten Säuren sind am effektivsten. Reaktionen, bei denen der Protonentransfer geschwindigkeitsbestimmend ist, zeigen eine allgemeine Säurekatalyse, beispielsweise Diazoniumkupplungsreaktionen.

rate = − d d t = k 1 + k 2 + k 3 + . . . {\displaystyle {\text{rate}}=-{\frac {{\text{d}}}{{\text{d}}t}}=k_{1}{\ce { }}+k_{2}{\ce { }}+k_{3}{\ce { }}+…}

{\displaystyle {\text{rate}}=-{\frac {{\text{d}}}{{\text{d}}t}}=k_{1}{\ce { }}+k_{2}{\ce { }}+k_{3}{\ce { }}+...}

Wenn der pH-Wert konstant gehalten wird, aber die Pufferkonzentration geändert wird, signalisiert eine Änderung der Geschwindigkeit eine allgemeine Säurekatalyse. Für einen bestimmten Säurekatalysator ist eine konstante Rate erforderlich. Wenn Reaktionen in unpolaren Medien durchgeführt werden, ist diese Art der Katalyse wichtig, da die Säure oft nicht ionisiert wird.

Enzyme katalysieren Reaktionen mittels Allgemein-Säure- und Allgemein-Basen-Katalyse.